Det har länge varit känt att guld kan användas för att göra saker som filosofer aldrig ens har drömt om. Institutet för kärnfysik vid den polska vetenskapsakademin i Krakow har bekräftat förekomsten av "guldlim":bindningar som involverar guldatomer, kan permanent binda proteinringar. Skickligt använd av ett internationellt team av forskare, bindningarna har gjort det möjligt att konstruera molekylära nanokagar med en struktur som hittills saknar motstycke i naturen eller till och med i matematik.

Vetenskapens värld har varit intresserad av molekylära burar i flera år. Inte utan anledning. Kemiska molekyler, inklusive de som under normala förhållanden skulle ingå i kemiska reaktioner, kan inneslutas i deras tomma interiörer. Partiklarna i den inneslutna föreningen, skiljs från omgivningen av burens väggar, har inget att knyta an till. Dessa burar kan därför användas, till exempel, att transportera droger säkert in i en cancercell, släpper bara läkemedlet när de är inuti det.

Molekylära burar är polyedrar som består av mindre "tegelstenar", vanligtvis proteinmolekyler. Tegelstenarna kan inte ha någon form. Till exempel, om vi ville bygga en molekylär polyeder med bara objekt med konturerna av en liksidig triangel, geometri skulle begränsa oss till endast tre solida figurer:en tetraeder, en oktaeder eller en ikosaeder. Än så länge, det har inte funnits några andra strukturella möjligheter.

"Lyckligtvis, Platonsk idealism är inte en dogm för den fysiska världen. Om du accepterar vissa felaktigheter i den solida figuren som konstrueras, du kan skapa strukturer med former som inte finns i naturen, vad mer, med mycket intressanta egenskaper, " säger Dr. Tomasz Wrobel från Cracow Institute of Nuclear Physics vid den polska vetenskapsakademin (IFJ PAN).

Dr. Wrobel är en av medlemmarna i ett internationellt team av forskare som nyligen har utfört det "omöjliga":de byggde en bur som till formen liknar en sfär av elvaväggiga proteiner. Huvudförfattarna till denna spektakulära framgång är forskare från gruppen av Prof. Jonathan Heddle från Malopolska Biotechnology Center vid Jagiellonian University i Krakow och det japanska RIKEN-institutet i Wako. Arbetet som beskrivs i Natur ägde rum med deltagande av forskare från universitet i Osaka och Tsukuba (Japan), Durham (Storbritannien), Waterloo (Kanada) och andra forskningscentra.

Var och en av väggarna i de nya nanocages bildades av en proteinring från vilken elva cysteinmolekyler stack ut med jämna mellanrum. Det var till svavelatomen som finns i varje cysteinmolekyl som "limmet", dvs guldatomen, planerades att bifogas. Under lämpliga förhållanden, det kan binda med ytterligare en svavelatom, i cysteinet i nästa ring. På så sätt skulle en permanent kemisk bindning bildas mellan de två ringarna. Men skulle guldatomen under dessa förhållanden verkligen kunna bilda en bindning mellan ringarna?

"I Spectroscopic Imaging Laboratory av IFJ PAS använde vi Raman-spektroskopi och röntgenfotoelektronspektroskopi för att visa att i proverna som vi fick med testnanocages, guldet bildade verkligen bindningar med svavelatomer i cysteiner. Med andra ord, i en svår, direkt mätning, vi bevisade att guldlim för att binda proteinringar i burar verkligen existerar, " förklarar Dr Wrobel.

Varje guldatom kan behandlas som en fristående klämma som gör det möjligt att fästa ytterligare en ring. Vägen till det "omöjliga" börjar när vi inser att vi inte alltid behöver använda alla klipp! Så, även om alla ringar i de nya nanocages är fysiskt lika, beroende på deras plats i strukturen förbinder de sig med sina grannar med olika antal guldatomer, och fungerar därmed som polygoner med olika antal hörn. 24 nanocage-väggar som presenterades av forskarna hölls samman av 120 guldatomer. Burarnas yttre diameter var 22 nanometer och innerdiametern var 16 nm.

Att använda guldatomer som bindemedel för nanocages är också viktigt på grund av dess möjliga tillämpningar. I tidigare molekylära strukturer, proteiner limmades ihop med många svaga kemiska bindningar. Bindningarnas komplexitet och deras likhet med de bindningar som är ansvariga för själva proteinringarnas existens möjliggjorde inte exakt kontroll över nedbrytningen av burarna. Så är inte fallet i de nya strukturerna. Å ena sidan, guldbundna nanocages är kemiskt och termiskt stabila (t.ex. de tål timmars kokning i vatten). Å andra sidan, dock, guldbindningar är känsliga för en ökning av surheten. Genom sin ökning, nanocagen kan brytas ned på ett kontrollerat sätt och innehållet kan släppas ut i miljön. Eftersom surheten i cellerna är högre än utanför dem, guldbundna nanocages är idealiska för biomedicinska tillämpningar.

Den "omöjliga" nanocage är presentationen av en kvalitativt ny metod för konstruktion av molekylära burar, med guldatomer i rollen som lösa klämmor. Den påvisade flexibiliteten hos guldobligationerna kommer att göra det möjligt i framtiden att skapa nanocages med storlekar och funktioner som är exakt skräddarsydda för specifika behov.